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  • 为何自主移动机器人无法绕开SLAM?

     

    在某社交平臺(tái),一篇題為“自主移動(dòng)機(jī)器人真的需要SLAM嗎“的問答,引起了大家的熱議。

    有人認(rèn)為機(jī)器人確實(shí)是需要SLAM的,但目前流行的SLAM項(xiàng)目還不夠,機(jī)器人更需要符合其特色的SLAM方法,還有人認(rèn)為不是所有的機(jī)器人都需要SLAM,但像掃地機(jī)、自動(dòng)駕駛類是一定需要SLAM的...,答案眾說紛紜。

    從嚴(yán)格意義上來說,凡涉及到自主移動(dòng)的機(jī)器人都無法繞開SLAM。

    自主移動(dòng)機(jī)器人

    SLAM一詞最早出現(xiàn)在機(jī)器人領(lǐng)域,意為同步定位與建圖,主要包含了定位與建圖兩大部分,其中又以定位更為核心,而建圖實(shí)際上是在定位的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,將觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合的過程。關(guān)于定位,相信大家聽過不少,其中就包括了GPS定位、WIFI定位、基站定位等等,但這些方案無論是從場(chǎng)景還是精度上來說,都無法滿足移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用需求。

    本質(zhì)上可以把定位理解為一個(gè)估計(jì)問題,將傳感器測(cè)量好的數(shù)據(jù)來估計(jì)位置,也可以定義為一個(gè)優(yōu)化問題,通過多種觀測(cè)數(shù)據(jù)之間的約束關(guān)系,對(duì)位置進(jìn)行優(yōu)化。正常來說,噪音越低的傳感器獲取的定位精度更好,目前在行業(yè)中主要涉及到激光雷達(dá)及視覺兩類主要傳感器。

    傳統(tǒng)意義上來說,視覺傳感器進(jìn)行測(cè)距需要大量的計(jì)算,且測(cè)量結(jié)果容易受光線的影響,如果在較暗房間內(nèi)進(jìn)行測(cè)距基本不能使用。但近年來,已經(jīng)出現(xiàn)了一些解決此類問題的方法,使用視覺傳感器也可獲取更多的信息,當(dāng)然,更多的信息也意味著更高的處理代價(jià),隨著算法的進(jìn)步和計(jì)算能力的提高,上述信息處理的問題已慢慢得到解決。相比視覺傳感器,激光雷達(dá)傳感器更為成熟、穩(wěn)定,可以實(shí)現(xiàn)較高的精度測(cè)量,并且也很容易應(yīng)用于SLAM中。

    移動(dòng)機(jī)器人研究了這么多年,始終離不開定位、建圖、導(dǎo)航等問題,而SLAM就是其中的關(guān)鍵技術(shù),SLAM通常包含了特征提取,數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián),狀態(tài)估計(jì)以及狀態(tài)更新等多個(gè)部分,不僅可以應(yīng)用于2D運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域,同時(shí)還可應(yīng)用于3D運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域。

    本文僅針對(duì)2D領(lǐng)域進(jìn)行探討,以在室內(nèi)環(huán)境中運(yùn)行的移動(dòng)機(jī)器人為例,機(jī)器人想要到達(dá)某地執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù),首先需要利用傳感器來感知周圍環(huán)境,比如在前方出現(xiàn)了一個(gè)障礙物,機(jī)器人想繞過去,就得知道障礙物的大小及離自身有多遠(yuǎn),這便可以通過SLAM來解決。

    那當(dāng)機(jī)器人已經(jīng)感知到障礙物,并知道障礙物的位置,具體又該如何走呢?正常來說會(huì)有兩種情況:一種是繞開障礙物很遠(yuǎn)走過去,還有一種是以離障礙物的安全距離繞過去,這就需要涉及到路徑規(guī)劃了,路徑規(guī)劃可以使得機(jī)器人以最優(yōu)路徑進(jìn)行行走,如下圖a的路徑明顯好于路徑b的路徑,在路徑規(guī)劃中會(huì)涉及到全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃,但局部路徑規(guī)劃更為關(guān)鍵。

    在以上場(chǎng)景中,假設(shè)機(jī)器人沒有應(yīng)用SLAM技術(shù),無法定位當(dāng)前信息,無法探索位置領(lǐng)域,又將會(huì)出現(xiàn)什么問題呢?結(jié)果可以想象..。

    有人曾說過,移動(dòng)機(jī)器人離開了SLAM,就像智能手機(jī)離開了WIFI或數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。SLAM對(duì)于機(jī)器人自主行走的重要性不言而喻。隨著移動(dòng)機(jī)器人的不斷發(fā)展,行業(yè)對(duì)SLAM技術(shù)出現(xiàn)了井噴式需求,另一方面,隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展,計(jì)算資源的豐富以及算法的進(jìn)步,SLAM技術(shù)本身也進(jìn)入了一個(gè)從算法到產(chǎn)品過渡的階段。

    目前,行業(yè)中基于SLAM技術(shù)已相繼出現(xiàn)了一些產(chǎn)品,思嵐科技的SLAMWARE模塊化定位導(dǎo)航系統(tǒng)就是其中之一,SLAMWARE集成了基于激光雷達(dá)的同步定位與建圖(SLAM)及配套的路徑規(guī)劃功能。

    思嵐科技從09年開始就致力于自主定位導(dǎo)航方案的研究,經(jīng)過多年的探索及技術(shù)迭代,于2015年發(fā)布了SLAMWARE模塊化定位導(dǎo)航方案,SLAMWARE包含了硬幣大小的SLAMWARE Core及激光雷達(dá)傳感器,通過內(nèi)置的先進(jìn)算法驅(qū)動(dòng),可使機(jī)器人在未知環(huán)境中實(shí)時(shí)提供定位,并構(gòu)建高達(dá)5cm分辨率的環(huán)境地圖。在實(shí)現(xiàn)定位與建圖外,采用D*動(dòng)態(tài)即時(shí)路徑規(guī)劃算法,可自動(dòng)搜索前往目標(biāo)的最短路徑并控制機(jī)器人行動(dòng)。

    為了幫助機(jī)器人適應(yīng)多種應(yīng)用環(huán)境,思嵐科技對(duì)SLAM技術(shù)進(jìn)行了全面升級(jí),推出了全新的SLAM 3.0系統(tǒng),使機(jī)器人即使在復(fù)雜的大場(chǎng)景下也能輕松完成定位導(dǎo)航任務(wù),相比傳統(tǒng)SLAM,思嵐科技升級(jí)版的SLAM 3.0采用了圖優(yōu)化的方式進(jìn)行構(gòu)圖,能實(shí)現(xiàn)百萬平米級(jí)別的構(gòu)圖能力,同時(shí)還擁有了主動(dòng)式回環(huán)閉合糾正能力,能很好的消除因長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致的里程累積誤差,成為目前業(yè)內(nèi)最受環(huán)境的定位導(dǎo)航方式。

    總的來說,在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主移動(dòng)中是無法繞開SLAM的,定位與建圖是機(jī)器人完成自主移動(dòng)的必備能力,也是機(jī)器人執(zhí)行行走任務(wù)的根本。

    關(guān)鍵字:SLAM,自主移动机器人

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